JP2003066065A - 加速度センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】小型化しても導通状態の安定した加速度センサ
ーを得る。 【構成】加速度センサー１は金属容器６と蓋板５によっ
て密閉容器を構成している。密閉容器内には慣性球１０
と複数の可動部を有する可動接点８が収納され、可動接
点は端子ピン３と接続されるとともに慣性球の重量によ
って可動部である羽根状部８Ｂを撓めて固定接点である
密閉容器内周面６Ｃに接触している。可動部の先端８Ｃ
は密閉容器内面側に所定角度曲げられている。 【効果】可動部先端を曲げることにより可動接点と固定
接点との接触部分の面積を小さくすることができ、接触
部分の単位面積あたりの接触圧力を高くすることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は小型の加速度センサーの
改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は小型の加速度センサー、特に
落下状態を検出するのに適した加速度センサーとして、
特願２０００−２８０１７６等において加速度センサー
を提案している。以下、図を参照しながらこの例につい
て説明する。図６は加速度センサーの縦断面図を、また
図７には図６の加速度センサーのＢ−Ｂ断面図を示す。

【０００３】この加速度センサー１０１は金属板１０２
の貫通孔１０２Ａに導電性の端子ピン１０３を挿通し、
ガラス等の電気絶縁性充填材１０４で気密に固定した蓋
板１０５と、一端を閉塞された有底筒状の金属容器１０
６とで気密容器が構成されている。

【０００４】蓋板１０５の密閉容器内面側には電気絶縁
物製のガイド１０７が設けられている。ガイド１０７の
ほぼ中央には端子ピン１０３が挿通され、この端子ピン
１０３を囲むようにガイド１０７には窪み１０７Ａが設
けられている。

【０００５】可動電極１０８は薄く且つ充分な弾性のあ
る導電材からなり、中央に貫通孔が設けられその周囲に
複数の可動部たる羽根状部１０８Ａが等間隔に配置され
ている。金属製の固定板１０９はガイドの窪み１０７Ａ
の形状に対応した平面形状をしており、窪み１０７Ａに
嵌入配置される。ここで可動電極１０８の羽根状部１０
８Ａは窪み１０７Ａの外周部と固定板１０９の周縁部と
に挟まれて所定の形状、つまりそれぞれの羽根状部が中
心軸に対して等距離で配置されるように整形保持され
る。この状態で固定板１０９を可動電極の中央に設けた
貫通孔を介して端子ピン１０３の端面に溶接固定するこ
とにより、両者に挟まれた可動電極１０８も端子ピン１
０３に対して機械的且つ電気的に接続固定される。

【０００６】さらに密閉容器内には慣性体として慣性球
１１０が配置されている。加速度センサー１０１が図６
のような姿勢で載置された場合は、静止時には慣性球１
１０が可動電極の羽根状部１０８Ａを弾性変形させてそ
の先端部を金属容器１０６の容器内周面１０６Ａに接触
させるようにされている。金属容器１０６の筒状部には
容器内周面１０６Ａを等分するように内部方向に突出し
た柱状の緩衝部１０６Ｂがプレスなどにより成型されて
いる。この例においては緩衝部１０６Ｂは可動電極の羽
根状部１０８Ａと同数で且つ等間隔に成型されており、
蓋板と容器との固着時に羽根状部１０８Ａが隣り合う緩
衝部１０６Ｂと１０６Ｂの間に配置されるように位置決
めされる。また緩衝部１０６Ｂの突出量及び間隔は慣性
球１１０が金属容器１０６の周縁部に達するときにも、
慣性球の表面と容器内周面１０６Ａとは羽根状部１０８
Ａの厚さより充分大きい所定の距離を保ち、慣性球の表
面は緩衝部に当接しそれ以外の容器内周面１０６Ａには
当接しないように設定される。そのため緩衝部１０６Ｂ
間に位置する羽根状部１０８Ａは、慣性球１１０と容器
内周面１０６Ａとで隙間なく挟まれることは無い。この
ような構造とすることで落下時の衝撃加速度や輸送など
における繰り返し振動を受けても慣性球の衝接による羽
根状部の延展や永久変形は起こらない。金属容器１０６
の閉塞端である底面１０６Ｃの慣性球１１０が接触可能
な範囲には凹部１０６Ｄが設けられ、この凹部１０６Ｄ
には電気絶縁物として合成樹脂等の絶縁部材１１１が固
定されている。

【０００７】この加速度センサー１０１は落下センサー
として使用される場合、図６に示す姿勢で配置され、静
止時には慣性球１１０で撓められた羽根状部１０８Ａの
先端が金属容器内面１０６Ａに接触して電路を形成して
いる所謂常時オン形のスイッチとしてはたらいている。
この落下センサー１０１が落下状態になると、慣性球１
１０にかかる重力は見かけ上減少または０になるので、
慣性球１１０はその重量により撓められていた羽根状部
１０８Ａの弾性によって容器中心方向に押し戻される。
こうして慣性球１１０が押し戻されると慣性球１１０が
緩衝部１０６Ｂから離れるとともに羽根状部１０８Ａの
先端も金属容器内周面１０６Ａから離れ、加速度センサ
ーはオフにされる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この加速度センサーに
おいて羽根状部先端の接触圧力を決める要素としては、
慣性球の質量と羽根状部の弾性が大きく寄与している
が、加速度センサーの小型化を進めると慣性球の質量に
は限界が生ずる。例えば各種の携帯機器などに使用する
ものとする場合、小型化の要求は厳しくなり、それを満
たすためには内部の各部品はさらに小型とされ、その結
果として容器内部で移動可能な大きさとされる慣性球の
重量は僅かなものになってしまう。そのため、慣性球に
撓められた羽根状部先端の接触部分における単位面積あ
たりの接触圧力は小さく、接触部表面の僅かな汚れや酸
化被膜などによって導通不良を起こす可能性が高くなる
と言う問題がある。そのため慣性球の質量や羽根状部の
弾性を変えることなくこのような導通不良をなくす方法
が求められている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで本発明の加速度セ
ンサーにおいては、可動接点の可動部先端を容器内面方
向に所定角度で曲げていることにより、可動接点と容器
内面との接触面積を小さくして単位面積あたりの接触圧
力を高くしている。そのため、センサーが小型で慣性体
の重量が小さく可動接点の接触圧力を大きく取れない場
合であっても、接触面上にある汚れや酸化膜などを破り
やすくなり、導通不良の発生を確実に減らすことができ
る。

【００１０】また、可動接点の可動部先端の曲げ角度は
容器内面の軸線方向に対して３０度以上６０度以下とす
ることにより、慣性体によって可動部が押し付けられた
時に接触部が摺動を起こしやすいようにされる。そのた
め、単位面積あたりの接触圧力を高くしたことに加えて
摺動により接触面の汚れなどが除去されるので、導通不
良をより確実に減少させることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図を参照しながら本発明に
ついて説明する。図１は本発明の加速度センサーを落下
センサーとして使う場合の縦断面図を、また図２には図
１の加速度センサーのＡ−Ａ断面図を、さらに図３には
図１の加速度センサーで使用される部品の斜視図を、図
４には図２の部分拡大図を示す。

【００１２】加速度センサー１は金属板２の貫通孔２Ａ
に導電性の端子ピン３を挿通し、ガラス等の電気絶縁性
充填材４で気密に固定した蓋板５と、一端を閉塞された
有底筒状の金属容器６とで気密容器が構成されている。
実施例の加速度センサー１においては金属容器６の円筒
部の外径が3.3mm、板厚は0.15mmとされている。蓋板５
の金属板２にはハンダメッキが施されており、この蓋板
５を金属容器６に圧入することにより高い気密状態を得
ることができる。また、この他にも蓋板の金属板２と金
属容器６の端面に圧力のかからない方法で気密に固定す
る方法として、例えばレーザー溶接等を用いても良い。
また気密容器内には窒素ガスやヘリウムガスのような汚
損防止用ガスを封入しておくことにより、金属容器６の
内面や後述する電極表面が酸化したりする不具合を防止
でき長期にわたって安定した導通状態を得ることができ
る。

【００１３】蓋板５の密閉容器内面側には電気絶縁物製
のガイド７が設けられている。ガイド７のほぼ中央には
端子ピン３が挿通される貫通孔７Ａが設けられ、この貫
通孔７Ａを囲むように窪み７Ｂが設けられている。また
窪み７Ｂの周囲には後述する固定板を正規位置に導くた
めの突起状誘導部７Ｃが複数設けられている。さらにこ
の実施例では誘導部７Ｃの外周部分に組み付け時に後述
する可動接点との位置関係を決めるための基準となる凸
状の位置決め部７Ｄが設けられている。またガイド７の
蓋板側の面には突起７Ｅが設けられており、ガイド７が
組みつけられた時にこの突起７Ｅは蓋板５に若干潰され
ながら押しつけられることにより部品の寸法誤差や組み
付け時の誤差を実質的に吸収し、部品間のがたつきなど
を防止することができる。また本実施例では位置決め部
７Ｄはその先端が金属容器６の内周よりも若干内側に位
置するようにしているが、例えばこの位置決め部７Ｄの
先端を金属容器６内周面よりも若干外側に出る設計とす
ることにより、金属容器６に挿入する際に突起７Ｅの場
合と同様に位置決め部７Ｄで部品の寸法誤差を吸収する
とともに部品間のがたつきを防止することもできる。

【００１４】可動接点８は薄く且つ充分な弾性のある導
電材からなり、この実施例では厚さが０．０１ｍｍのリ
ン青銅板が使用されている。この可動接点８は中央に貫
通孔８Ａが設けられその周囲に複数の羽根状部８Ｂが等
間隔で配置され、さらにそれぞれの羽根状部８Ｂの先端
８Ｃは金属容器６の内周面側に向けて曲げられている。
組付け前の可動接点８は図３に示すように羽根状部８Ｂ
を中心から放射状に展開した形状をしており、この時点
で羽根状部の先端８Ｃは容器内に配置された時に容器内
周面を向くように成形されており、さらにそれぞれの羽
根状部８Ｂは充分な弾性を有している。金属製の固定板
９はガイド７の窪み７Ｂの形状に対応した平面形状をし
ており、周囲の切り欠き部９Ａをガイドの誘導部７Ｃに
沿わせて窪み７Ｂに配置される。ここで可動接点８を羽
根状部８Ｂが誘導部７Ｃにかからないように載置した後
に固定板９を窪み７Ｂにはめこむことにより、羽根状部
８Ｂは窪み７Ｂの外周部と固定板９の周縁部とに挟まれ
て所定の形状、つまりそれぞれの羽根状部がセンサーの
中心軸に対してほぼ並行且つ等距離の円周状に配置され
るように成形保持される。この状態で固定板９を可動接
点の貫通孔８Ａを介して端子ピン３の端面に溶接するこ
とにより両者が固定されると共に、両者に挟まれた可動
接点８も端子ピン３に対して機械的且つ電気的に接続固
定される。

【００１５】密閉容器内には慣性体として慣性球１０が
配置されている。実施例においてこの慣性球１０は鉄や
タングステン合金の球であり、図１のような姿勢で加速
度センサー１が載置された場合は、静止時には可動接点
の羽根状部８Ｂを弾性変形させて先端部が金属容器６の
容器内周面６Ｃに接触するようにされている。金属容器
６の筒状部には容器内周面６Ｃを等分するように内部方
向に突出した柱状の緩衝部６Ａがプレスなどにより成型
されている。実施例ではこの緩衝部６Ａは可動接点の羽
根状部８Ｂと同数で且つ等間隔に成型されており、蓋板
と容器との固着時に羽根状部８Ｂが隣り合う緩衝部６Ａ
と６Ａの間に配置されるように位置決めされる。また緩
衝部６Ａの突出量及び間隔は慣性球１０が金属容器６の
周縁部に達するときにも、慣性球の表面と容器内周面６
Ｃとは羽根状部８Ｂの厚さより充分大きい所定の距離を
保ち、慣性球の表面は容器内周面に直接当接しないよう
に設定される。そのため緩衝部６Ａ間に位置する羽根状
部８Ｂは、慣性球１０と容器内周面６Ｃとで隙間なく挟
まれることは無い。このような構造とすることで落下時
の衝撃加速度や輸送などにおける繰り返し振動を受けて
も慣性球の衝接による羽根状部の延展や永久変形は起こ
らず、それに伴なう加速度センサーの特性変化を防止す
ることができる。また慣性球１０は容器内周面まで達し
なくても弾性変形された羽根状部８Ｂの先端８Ｃは容器
内周面６Ｃに接触するように配置されているので端子ピ
ン３と金属容器６との間の電路は確実に閉じられる。

【００１６】ここで前述し図６に示した従来の加速度セ
ンサー１０１の場合では、羽根状部１０８Ａは慣性体１
１０による押圧力を受けると容器内周面に接触した先端
を図５（Ｃ）に示すように撓める。こうして撓んだ羽根
状部１０８Ａの先端部は容器内周面に対してほぼ並行に
接するので接触部１０８Ｂは図５（Ｄ）に示すように帯
状となり、さらに押圧力が高くなるほど接触面積が大き
くなる。そのため、慣性体によって羽根状部１０８Ａに
加えられた押圧力は分散されてしまい単位面積あたりの
接触圧力は大幅に減少してしまう。

【００１７】これに対して本発明においては可動接点８
の羽根状部８Ｂの先端８Ｃを容器内周面６Ｃ側に曲げる
ことにより、図５（Ａ）に示す如く羽根状部先端８Ｃの
容器内周面６Ｃに対する接触角度が従来のものに比較し
て大きくなっている。そのため、羽根状部８Ｂは容器内
周面６Ｃへの接触時に慣性球１０に押圧されて撓んでも
図５（Ｂ）に示すように羽根状部先端８Ｃの接触部８Ｄ
の面積はほとんど増加しない。このように本発明におい
ては可動接点８と容器内周面８Ｂとの接触面積が少ない
ことから、慣性球１０の質量が従来のものと同じ場合で
も単位面積あたりの接触圧力は増加する。こうして接触
部における接触圧力を増加させることにより酸化被膜や
微小な汚れを破って導電性を得やすくなる。

【００１８】さらに本願発明では羽根状部８Ｂが撓む際
に先端８Ｃが容器内面に対して摺動することで、前述し
たように接触圧力が高くなっていることと併せて、接触
部間に異物が挟まったり接触面に薄い酸化膜が発生した
場合などにもこれらを破壊または除去し、より確実に導
通を得ることができる。特に容器内周面６Ｃの軸線方向
に対する羽根状部先端８Ｃの接触角度を３０度以上６０
度以下、好ましくは４５度以下とすることにより、慣性
球１０による押圧力横方向への分力を大きくしてより確
実に接触部の摺動を発生させることができる。さらに容
器底面６Ｄから羽根状部先端８Ｃまでの距離を少なくと
も慣性球の半径よりも小さくすることで、慣性球１０が
羽根状部先端８Ｃを直接押圧することがないようにして
先端部への応力集中とそれに伴う塑性変形を防止してい
る。

【００１９】可動接点８は非常に薄いリン青銅板のよう
なしなやかな材料でできているが、端子ピン３との固着
部近傍のように応力が集中する部分に慣性球１０が衝突
した場合などには、可動接点が塑性変形を起こしてしま
うことがある。そこで本実施例においては可動接点８を
固定板９と端子ピン３とで導電的に挟持固定する構造と
したことにより、可動接点８と端子ピン３との固着部を
金属性の固定板９で覆うことができ、慣性球１０がここ
まで達するようなことがあっても固着部近傍で可動接点
に直接に接触することはなくなる。そのため可動接点の
塑性変形を防止することができる。

【００２０】さらに実施例においてはガイド７の誘導部
７Ｃ先端の位置を、慣性球１０が端子ピン３の端部、つ
まり端子ピン３と可動接点８との固着部にまで達するこ
とを防止できる位置に設定している。つまり実施例では
３ヶ所均等な間隔で設けられた誘導部７Ｃの内側先端部
分が慣性球１０に当接し受け止めることにより、慣性球
がそれ以上端子ピン側に移動・接触することを防いでい
る。そのため端子ピン３と可動接点８との固着部近傍は
もちろん、金属性の固定板９に接触することも無くな
る。

【００２１】金属容器６の閉塞端である底面６Ｄの慣性
球１０が接触可能な範囲には凹部６Ｂが設けられ、この
凹部６Ｂには電気絶縁物として樹脂等の絶縁部材１１が
固定されている。この絶縁部材１１は接着剤のような樹
脂材料を直接塗布・硬化させても良いし、板状のものを
固着しても良い。また直接塗布する樹脂材料としてはエ
ポキシ樹脂等の各種のものが使用できるが、作業性等を
考慮すると紫外線硬化形の接着剤などを使うことがより
好ましい。なお、慣性球１０が導電性を持たない場合に
は絶縁部材が必要無いことは言うまでも無い。

【００２２】次に加速度センサー１の動作について説明
する。落下状態を調べるセンサーとしてこの加速度セン
サーを使用する場合には図１のように加速度センサー１
の中心軸が水平になるように配置される。通常の静止状
態においては慣性球１０は金属容器６内の最下部に位置
しており、容器内の緩衝部６Ａ上に位置する慣性球１０
は緩衝部間に位置する可動接点８の羽根状部８Ｂを弾性
的に撓めてその先端８Ｃを金属容器６の内周面６Ｃに接
触させる。こうして加速度センサー１は端子ピン３と金
属容器６を導通させる常時オン型のスイッチとして構成
される。また特に慣性球１０として鋼球のような導電体
を使用した場合には、端子ピン３と金属容器６の間の電
路は、羽根状部８Ａと金属容器６が直接接触する経路
と、羽根状部８Ａから慣性球１０を介して緩衝部６Ａで
金属容器６に至る経路の２経路となるので導通不良が発
生する可能性をより低減することができる。ここで前述
した如く慣性球１０は金属容器６の円筒部に成型された
緩衝部６Ａ上に接触し、容器内周面とは所定の距離をお
くことにより羽根状部８Ｂを隙間なく挟み込むこととそ
れに伴なう羽根状部８Ｂの塑性変形を防止している。

【００２３】上述したように静止時には慣性球１０はそ
の重量により羽根状部８Ｂを弾性的に撓ませて電路を形
成しているが、この加速度センサーが取り付けられた機
器などが落下状態に入ると、慣性球１０にかかる重力は
見かけ上減少または０になり、慣性球の重量もまた見か
け上減少する。そのため慣性球１０はその重量により撓
められていた羽根状部８Ｂの弾性によって容器中心方向
に押し戻される。こうして慣性球１０が押し戻されると
慣性球１０が緩衝部６Ａから離れるとともに羽根状部８
Ｂの先端８Ｃも金属容器内周面６Ｃから離れ、加速度セ
ンサーはオフにされる。

【００２４】このとき、容器内周面６Ｃから離れた慣性
球１０が容器の底面６Ｄ側に接触することがある。しか
し実施例では底面６Ｄの慣性球１０が接触可能な範囲に
は絶縁部材１１が配設されているので、接触してもスイ
ッチとして電気的な導通が得られることは無い。また端
子ピン３側に慣性球１０が移動したとしても本実施例で
は前述したように電気絶縁物からなるガイド７の誘導部
７Ｃによって移動を阻止されるし、ガイド７の誘導部７
Ｃの突出量が少ない場合でも可動接点８と同電位の固定
板９に接触するだけなのでやはり電気的に再閉路される
ことはない。そのため本加速度センサーはいわゆる無重
力状態、つまり落下状態となったことを確実に検出する
ことができる。

【００２５】このような加速度センサー１の導通状態を
制御装置などで監視しておくことにより、加速度センサ
ーを取付けた装置が落下状態に陥った時に被害を最小限
にするために最適な回避処理等を行うことができる。例
えばノートパソコンなどの携帯端末自身やこれらに使用
されるハードディスクなどの記憶装置にこの加速度セン
サーを取付けることにより、携帯端末を使用時に落下さ
せてしまった場合などにも落下状態に陥ったことを検出
し、直ちに磁気ヘッドなどの駆動部を退避させるなどの
処理をすることにより落下衝撃による磁気データの破壊
などの被害を最小限に食い止めることができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明の加速度センサーによれば、固定
接点である容器内面に接触する可動接点の可動部先端を
所定の角度で容器内面側に曲げておくことにより、接触
面積を小さくして単位面積あたりの接触圧力を高くする
ことができる。そのためセンサーを小型にして慣性体の
重量を充分に大きく取れない場合であっても、接触面上
に存在するわずかな汚れや酸化膜などを破り導通不良の
発生を確実に減らすことができる。

【００２７】さらに可動接点の可動部先端の曲げ角度は
容器内面の軸線方向に対して３０度以上６０度以下とす
ることにより、慣性体によって可動部が押し付けられた
時に接触部が摺動を起こしやすいようにされる。そのた
め、単位面積あたりの接触圧力を高くしたことに加えて
摺動により接触面の汚れなどが除去されるので、導通不
良をより確実に減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加速度センサーの一実施例を示す縦断
面図

【図２】図１の加速度センサーのＡ−Ａ断面図

【図３】図１の加速度センサーで使用される部品の分解
斜視図

【図４】図２の部分拡大図

【図５】本発明と従来例の可動接点羽根状部の説明図

【図６】従来の加速度センサーの一例を示す縦断面図

【図７】図６の加速度センサーのＢ−Ｂ断面図

【符号の説明】

１：加速度センサー ２：金属板 ３：端子ピン ５：蓋板 ６：金属容器 ６Ａ：緩衝部 ６Ｃ：容器内周面 ７：ガイド ８：可動接点 ８Ｂ：羽根状部 ８Ｃ：先端 ８Ｄ：接触部 ９：固定板 １０：慣性球（慣性体）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性の端子ピンを電気的に絶縁状態で
   貫通固定されたヘッダと、金属製の有底筒状容器とを有
   し、この容器の開口端には前記ヘッダが固定されてお
   り、容器内部には電気絶縁物製のガイドと球状の慣性体
   が配置され、前記端子ピンの容器内部側にはセンサーの
   中心軸に対して等距離となる円周上に複数の可動部が均
   等に配置された可動接点が導電的に固定され、それぞれ
   の可動接点の可動部先端は自由状態では実質的な固定電
   極である容器の内面と等距離となるように配置され、ま
   たこの可動部は水平に配置されたときに慣性体の重量を
   受けると弾性的に変形して容器内面に接触すると共にそ
   の重量が所定値にまで減少した場合には慣性体の重量に
   抗して先端を容器から開離する弾性を有し、金属容器に
   はそれぞれの可動部の間に内面方向に突出した緩衝部が
   成型されることにより可動接点が慣性体と固定電極によ
   って隙間のない状態に挟まれるのを防止され、可動接点
   の可動部先端は容器内面方向に所定角度で曲げられてい
   ることにより可動接点と容器内面との接触面積を小さく
   したことを特徴とする加速度センサー。
2. 【請求項２】 可動接点の可動部先端は容器内面の軸線
   方向に対して３０度以上６０度以下の角度で接触するよ
   うに曲げられていることを特徴とする請求項１に記載の
   加速度センサー。